JP4708936B2 - Ｏｃｔ観察器具、及び、ｏｃｔシステム - Google Patents

Description

この発明は、管腔内の観察対象の断層像を取得するためのＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）観察器具、及び、該ＯＣＴ観察器具を備えたＯＣＴシステムに関する。

患者の体腔内を観察するための機器として、内視鏡（ファイバースコープ）システムや電子内視鏡（電子スコープ）システムが広く知られ実用に供されている。内視鏡システムを用いた場合、照明光により観察対象（例えば患者の体腔内にある生体組織）が照明されて、その反射光（すなわち生体組織の光学像）が光ファイバにより伝送される。術者は、伝送された光学像を直接見ることにより体腔内を観察することができる。また、電子内視鏡システムを用いた場合、照明光により生体組織が照明されて、その反射光が撮像素子により受光される。受光された反射光は光電変換されて信号となり、当該信号は所定の処理が施されてモニタに出力される。術者は、体腔内の様相をモニタで観察することができる。これらのシステムを用いた場合、術者は、生体組織の表面部だけを観察することができる。従って病変部が例えば生体組織内部に存在している場合、それを的確に発見することは、術者にとって極めて困難なことであった。

近年、生体組織内部を観察するためのＯＣＴプローブを備えたＯＣＴシステムが種々提案されている。ＯＣＴシステムは、マイケルソン干渉計に基づいて考案された体腔内観察用のシステムであり、低コヒーレント光を利用することにより生体組織内部の観察を可能にさせている。術者は、ＯＣＴシステムを用いることにより生体組織内部の様相をモニタで観察することができる。

例えば下記特許文献１には、ＯＣＴプローブ先端に光伝達媒体封入手段（ここではバルーン）を配置することにより生体組織における反射光の効率を高めて、それにより、高Ｓ／Ｎ比の信号を取得して高画質の断層画像を生成することができるＯＣＴシステムが記載されている。

上記バルーンの内部には光伝達媒体が封入されている。バルーンは、観察対象に到達したときにその内部に光伝達媒体が封入されて膨らまされ、管腔壁に密着する。バルーンが管腔壁に密着することにより、生体組織内の空間（より正確にはＯＣＴプローブの対物光学系近傍のシース外皮と管腔壁との間）が光伝達媒体によって満たされる。従って対物光学系と観察対象との間を進行する低コヒーレント光は、その殆どが光伝達媒体中を進行することになる。バルーンに封入されている光伝達媒体は、上記空間を進行する光の減衰を防止又は低減させる作用を有している。光伝達媒体により光の減衰率が低下するため、高い強度を有した反射光を生体組織から得ることが可能となる。

またバルーンには、観察対象に対してプローブを相対的に固定させる作用がある。例えば下記特許文献２には、バルーン内に封入され得る媒体の量を調整することにより、管腔内の観察対象に対し、プローブを適切な向き及び位置で保持させることができるバルーンシースが示されている。
特開２０００−３２９５３４号公報 特開平６−２８５０６８号公報

しかしながら上記特許文献１や２では上記空間が光伝達媒体で満されるため、管腔壁及びその内部組織がバルーンによって圧迫されて歪んだり潰れたりすることがあった。このような場合に画像化処理を行うと、それらが歪んだり潰れたりした状態でモニタに表示されてしまう。このため術者は、管腔壁及びその内部組織を本来の性状で観察することができない。

ＯＣＴプローブ先端からバルーンを取り外した場合、上記問題は起こり得ない。しかしながら生体組織は常に脈動している。このため、ＯＣＴプローブと生体組織とが相対的に固定されていない場合、ＯＣＴプローブが取得し得る断層像にぶれ等の乱れが発生することがある。ＯＣＴプローブと生体組織とが相対的に固定されている場合、生体組織が脈動してもＯＣＴプローブがそれに同期して動くため、上記乱れは発生しない。このような観点では、ＯＣＴプローブ先端にバルーンのような固定手段が備えられていることが望ましい。

そこで、本発明は上記の事情に鑑みて、その先端を観察対象に相対的に固定させた状態で、且つ、当該観察対象を本来の性状で術者に観察させることができるＯＣＴ観察器具、及び、該ＯＣＴ観察器具を備えたＯＣＴシステムを提供することを課題としている。

上記の課題を解決する本発明の一態様に係るＯＣＴ観察器具は、管腔内の観察対象の断層像を取得するためのものであり、該断層からの反射光を取得するＯＣＴプローブと、枠体と、枠体の側壁に取り付けられ、その内部に流動体が封入されることにより、その一部が該管腔内に密着し得る流動体封入手段とを備えたことを特徴とする。枠体は、該枠体を貫通する挿通路であって、ＯＣＴプローブをスラスト方向にスライド自在に保持する挿通路を有する。

なお、上記ＯＣＴ観察器具は、枠体の中心軸を挟んで対向するように挿通路と流動体封入手段とを配置したものであっても良い。

また、上記ＯＣＴ観察器具は、枠体を、該低コヒーレント光に対して高い透過率を有する材料で形成したものであっても良い。

また、上記ＯＣＴ観察器具は、枠体に、流動体封入手段に流動体を導く流動体伝送路を形成したものであっても良い。

また、上記の課題を解決する本発明の別の態様に係るＯＣＴ観察器具は、管腔内の観察対象の断層画像を取得するためのものであり、低コヒーレント光を伝送する光ファイバ、及び、光ファイバから出射された光を該観察対象で結像させる対物光学系を有したＯＣＴプローブと、対物光学系からの出射光と干渉しない位置に設置され、自己と該管腔とを相対的に固定させる固定手段とを備えたことを特徴とする。

また、上記の課題を解決する本発明の一態様に係るＯＣＴシステムは、管腔内の観察対象の断層像を取得して画像化するものであり、上記ＯＣＴ観察器具と、流動体封入手段に流動体を供給する流動体供給手段と、ＯＣＴプローブが取得した反射光を処理して所定の信号に変換する信号処理手段と、該所定の信号に基づいて該断層画像を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする。

本発明のＯＣＴ観察器具、及び、ＯＣＴシステムを採用すると、ＯＣＴ観察器具の先端を観察対象に相対的に固定させた状態で、且つ、当該観察対象を本来の性状で術者に観察させることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態のＯＣＴシステムについて説明する。

図１は、本発明の実施の形態のＯＣＴシステム１０の構成を示したブロック図である。ＯＣＴシステム１０は、ＯＣＴ観察器具１００、回転駆動装置２００、プロセッサ３００、及び、モニタ４００を有している。

ＯＣＴ観察器具１００は、観察対象（例えば患者の管腔内にある生体組織）の断層画像を得るために患者の体腔内に挿入されるカテーテルである。通常、内視鏡（不図示）の鉗子チャンネルに挿通され、その先端が当該チャンネル端部から突出された状態で使用される。回転駆動装置２００は、ＯＣＴ観察器具１００から出射される測定光（後述）を観察対象上で走査させるための機器である。プロセッサ３００は、主たる構成として、生体組織に照射されるべき光を出射する光源、及び、上記測定光に基づいて当該生体組織の断層像を画像化するための信号処理部を有している。モニタ４００は、プロセッサ３００で処理された信号により生体組織の断層画像を表示する。

プロセッサ３００は、制御部３１０、低コヒーレント光源３１２、フォトカップラ３１４、参照光用ファイバ３１６、参照光用レンズ３１８、参照ミラー３２０、ミラー駆動部３２２、測定光用ファイバ３２４、コネクタ部３２６、回転駆動部３２８、フォトディテクタ３３０、画像信号処理部３３２、及び、入力部３３４を有している。制御部３１０は、プロセッサ３００全体の制御を統括して実行するものであり、例えば低コヒーレント光源３１２、ミラー駆動部３２２、回転駆動部３２８、フォトディテクタ３３０、及び、画像信号処理部３３２等を制御する。

低コヒーレント光源３１２は、例えばＳＬＤ（Super Luminescence Diode）である。入力部３３４に設けられた光源用のスイッチ（不図示）がオンされると、低コヒーレント光源３１２は、制御部３１０の制御下で（例えば制御部３１０から発信される駆動パルスに応じて）、低コヒーレント光を出射する。低コヒーレント光源３１２から出射される低コヒーレント光はその可干渉距離が極めて短いものであり、その距離は例えば数十〜数百μｍ程度となっている。

測定光用ファイバ３２４は、低コヒーレント光源３１２とコネクタ部３２６との間で光を伝送するシングルモード光ファイバである。低コヒーレント光は、低コヒーレント光源３１２出射後、測定光用ファイバ３２４に入射されてその内部を伝送される。

測定光用ファイバ３２４の光路中にフォトカップラ３１４が配置されている。測定光用ファイバ３２４は、フォトカップラ３１４により参照光用ファイバ３１６と光学的に結合されている。参照光用ファイバ３１６は、測定光用ファイバ３２４とは別個に独立して設置されたシングルモード光ファイバである。従って、低コヒーレント光源３１２から出射された低コヒーレント光は、フォトカップラ３１４によって二つの光に分割される。一方の低コヒーレント光は、測定光として測定光用ファイバ３２４内を伝送される。また、もう一方の低コヒーレント光は、参照光として参照光用ファイバ３１６内を伝送される。

測定光は、測定光用ファイバ３２４内を伝送されてコネクタ部３２６に到達する。ここで、回転駆動装置２００は、その内部にファイバ（不図示）を有しており、コネクタ部３２６と光学的に接続されている。このため、測定光はコネクタ部３２６を介して回転駆動装置２００内部のファイバに入射される。また、回転駆動装置２００内部のファイバは、ＯＣＴ観察器具１００とも光学的に接続されている。このため、測定光は上記ファイバを伝送された後、ＯＣＴ観察器具１００（より正確には後述のＯＣＴプローブ１１０）内部に入射される。

図２（ａ）は、本発明の実施の形態のＯＣＴ観察器具１００の概略構成を示した側断面図である。また、図２（ｂ）はＯＣＴ観察器具１００の正面図である。図２（ａ）、（ｂ）では、体腔内に挿入されている状態のＯＣＴ観察器具１００を示している。ＯＣＴ観察器具１００は、ＯＣＴプローブ１１０、枠体１２０、送気・送水用チューブ１２６、送気・送水装置１２８、及び、バルーン１３２を有している。

ＯＣＴプローブ１１０は、回転駆動装置２００内部のファイバを介して伝送された測定光を観察対象上で結像させる光学プローブであり、シングルモード光ファイバ１１２、ＧＲＩＮ（Gradient-index lens）レンズ１１４、直角プリズム１１６、及び、シース１１８を有している。

枠体１２０は、可撓性を有した円筒状のチューブであり、ＯＣＴプローブ１１０を観察対象に導くためのガイドとして作用する。枠体１２０の内部にはその長手方向に沿って、プローブ用ルーメン１２２、及び、送気・送水ルーメン１２４が形成されている。プローブ用ルーメン１２２は、枠体１２０の先端面及び末端面の双方で開口している。また、枠体１２０の先端部近傍の側壁には送気・送水用穴１３０が形成されている。送気・送水ルーメン１２４は、送気・送水用穴１３０、及び、枠体１２０の末端面において開口している。なお、枠体１２０は、高い光透過率を有する材料で形成されており、特に、上記低コヒーレント光を高い効率で透過させることができる。

ＯＣＴプローブ１１０は、プローブ用ルーメン１２２内に矢印Ａ方向にスライド可能に挿通されている。ＯＣＴプローブ１１０は、観察時には通常、その先端がプローブ用ルーメン１２２（換言すると枠体１２０の先端面）から突出された状態で使用される。なお、シース１１８とプローブ用ルーメン１２２内壁とのクリアランスは極めて小さい。従ってプローブ用ルーメン１２２挿入状態において、ＯＣＴプローブ１１０は実質的にスラスト方向（矢印Ａ方向）だけにしか動かない。また、シース１１８とプローブ用ルーメン１２２内壁との間にある程度の静摩擦が働くため、生体組織が脈動したときの振動等でスラスト方向にずれることはない。ＯＣＴプローブ１１０は、ユーザによってプローブ用ルーメン１２２内に押し込まれたとき、或いは、プローブ用ルーメン１２２から引き出されたときのみ、スラスト方向に動く。別の実施形態のＯＣＴ観察器具１００では、予め、ＯＣＴプローブ１１０と枠体１２０を例えば図２（ａ）の状態で相対固定させても良い。

ＯＣＴ観察器具１００は、ＯＣＴプローブ１１０のシングルモード光ファイバ１１２により、回転駆動装置２００内部のファイバと光学的に接続されている。従って測定光は、回転駆動装置２００内部のファイバを伝送後、端部１１２ａからシングルモード光ファイバ１１２内部に入射され、その内部を伝送する。次いで、シングルモード光ファイバ１１２から出射されてＧＲＩＮレンズ１１４に入射され、ＧＲＩＮレンズ１１４によって収束される。ＧＲＩＮレンズ１１４出射後、直角プリズム１１６によりその光路を９０°折り曲げられる。

シース１１８は、シングルモード光ファイバ１１２、ＧＲＩＮレンズ１１４、及び、直角プリズム１１６をその内部に保持した可撓性を有するチューブであり、高い光透過率を有する材料で形成されている。特に、上記低コヒーレント光を高い効率で透過させることができる。測定光は、直角プリズム１１６の作用により、シース１１８を透過してその側面から外部に出射される。なお、シース１１８内部には、直角プリズム１１６とシース１１８内部の空間との屈折率差を軽減させるため、シリコン系のオイルが充填されている。

測定光は、ＧＲＩＮレンズ１１４のパワーにより生体組織内部で結像する。次いで、当該生体組織内部で反射され、上述と同様の光路を進行して再びフォトカップラ３１４に入射される。すなわち反射された測定光は、シース１１８を介して直角プリズム１１６に入射され、その光路を９０°折り曲げられる。次いで、ＧＲＩＮレンズ１１４、シングルモード光ファイバ１１２、回転駆動装置２００内部のファイバ、コネクタ部３２６、及び、測定光用ファイバ３２４を介してフォトカップラ３１４に入射される。

回転駆動装置２００は、コネクタ部３２６を介してプロセッサ３００と電気的に接続されており、シングルモード光ファイバ１１２を、その軸を中心に回転させることができる。ＧＲＩＮレンズ１１４及び直角プリズム１１６は、シングルモード光ファイバ１１２と相対的に固定されている。このため、シングルモード光ファイバ１１２と共に回転し得る。例えば入力部３３４に設けられたラジアルスキャン用のスイッチ（不図示）がオンされると、回転駆動部３２８は、制御部３１０の制御下で、回転駆動装置２００に駆動パルスを出力して駆動制御する。これにより回転駆動装置２００は、シングルモード光ファイバ１１２、ＧＲＩＮレンズ１１４、及び、直角プリズム１１６を、ＯＣＴプローブ１１０の他の構成要素及び生体組織に対して回転させる。直角プリズム１１６がシングルモード光ファイバ１１２の軸中心に回転することにより、測定光は、ＯＣＴプローブ１１０のラジアル方向に沿って位置する生体組織に向けて出射されて走査（すなわちラジアルスキャン）する。

次に、フォトカップラ３１４により分割されて、参照光として参照光用ファイバ３１６内に入射された低コヒーレント光について説明する。

参照光は、参照光用ファイバ３１６内を伝送されて出射する。ここで、参照光用ファイバ３１６の末端部近傍に参照光用レンズ３１８が設置されている。また、参照光用レンズ３１８を挟んで上記端部と対向する位置に参照ミラー３２０が設置されている。参照ミラー３２０は、参照光用レンズ３１８の光軸に対して垂直な反射面を有している。従って参照光は、参照光用ファイバ３１６内を出射後、参照光用レンズ３１８を介して参照ミラー３２０に入射され、反射された後、参照光用レンズ３１８を介して参照光用ファイバ３１６内に再び入射される。入射された参照光は、参照光用ファイバ３１６内を伝送されてフォトカップラ３１４に入射される。

生体組織で反射された測定光と、参照ミラー３２０で反射された参照光は、フォトカップラ３１４において干渉する。但し、低コヒーレント光の可干渉距離は数十〜数百μｍ程度である。このため、生体組織の所定の断層からフォトカップラ３１４までの測定光の光路長と、参照ミラー３２０からフォトカップラ３１４までの参照光の光路長との差が、例えばミリオーダーの可干渉距離よりも大きい場合には、この２つの光は干渉しない。すなわち、この測定光と参照光の光路長の差が低コヒーレント光の可干渉距離以下の場合に限り、この２つの光は干渉する。

なお、ミラー駆動部３２２は、例えば板状の圧電素子を複数枚積層して構成されたアクチュエータであり、参照光の光軸と平行な方向に参照ミラー３２０を移動させることができる。ミラー駆動部３２２が参照ミラー３２０を移動させると、参照ミラー３２０からフォトカップラ３１４までの参照光の光路長が変化する。参照光の光路長が変化した場合、当該参照光と干渉し得る測定光の光路長も変化する。これは、ＯＣＴプローブ１１０で測定され得る断層の深さの変化を意味する。

生体組織で反射された測定光と参照ミラー３２０で反射された参照光とがフォトカップラ３１４で干渉してフォトディテクタ３３０で受光されると、この干渉光は、当該フォトディテクタ３３０によって光電変換されて検出信号に変換される。

変換された検出信号は画像信号処理部３３２に入力される。画像信号処理部３３２は、検出信号に所定の処理を施してコンポジットビデオ信号やＳビデオ信号に変換し、モニタ４００に出力する。これらのビデオ信号がモニタ４００に出力されると、当該モニタ４００に生体組織の断層画像が表示される。

ここで、ＯＣＴプローブ１１０先端がプローブ用ルーメン１２２から突出されているため、シース１１８と生体組織との間には何の介在物も存在しない。別の観点では、測定光の光路中にバルーンが配置されていない。従って例えば観察対象が圧迫されて歪んだり潰れたりすることがない。更に、以下に説明されるように、バルーン１３２を用いることにより、ＯＣＴプローブ１１０先端と観察対象とを相対的に固定させることができる。このため、観察対象の断層像を本来の性状で取得することが可能となる。

以下、ＯＣＴプローブ１１０先端と観察対象とを相対的に固定させる構成について説明する。

バルーン１３２は、流動体（例えば精製水や空気等）が封入され得るものであり、送気・送水用穴１３０に覆い被さった状態で枠体１２０の側壁に取り付けられている。送気・送水用穴１３０は、枠体１２０の中心軸Ｏを挟んでプローブ用ルーメン１２２と対向する位置に形成されている。これに伴いバルーン１３２も同様に、枠体１２０の中心軸Ｏを挟んでプローブ用ルーメン１２２と対向する位置に取り付けられている。なお、バルーン１３２は例えばシリコンゴムで形成され、伸縮自在である。

送気・送水ルーメン１２４の末端部は、送気・送水用チューブ１２６の一端に結合されている。送気・送水用チューブ１２６の他端は、送気・送水装置１２８に内蔵されたタンク（不図示）に結合されている。送気・送水装置１２８は、上記タンクの他にポンプ機構（不図示）を内蔵している。タンク内には、バルーン１３２に封入され得る流動体が貯められている。送気・送水装置１２８は、タンク内に貯められた流動体を、ポンプ機構により送気・送水、及び、吸気・吸水することができる。

また、送気・送水装置１２８には、二つのスイッチ１２８ａ、１２８ｂが設けられている。これらのスイッチには、それぞれ異なる機能が割り当てられている。例えばスイッチ１２８ａには、バルーン１３２に流動体を送気・送水する機能が割り当てられている。スイッチ１２８ａが押下されると、タンク内に貯められた流動体が、ポンプ機構によって吸い上げられて送気・送水用チューブ１２６、送気・送水ルーメン１２４を流れていき、バルーン１３２に封入される。また、スイッチ１２８ｂには、バルーン１３２から流動体を吸気・吸水する機能が割り当てられている。スイッチ１２８ｂが押下されると、バルーン１３２に封入された流動体が、ポンプ機構によって吸い上げられて送気・送水ルーメン１２４、送気・送水用チューブ１２６を流れていき、タンク内に再び貯められる。なお、流動体の送気・送水量、及び、吸気・吸水量は、各スイッチの押下回数や押下時間等で調整することができる。

バルーン１３２には、ＯＣＴ観察器具１００（より正確には、ＯＣＴ観察器具１００が鉗子チャンネルに挿通された内視鏡）を患者の体腔内に挿入し始めた段階では流動体が封入されていない。ＯＣＴプローブ１１０先端が観察対象に到達したときに初めて流動体が封入される。術者がスイッチ１２８ａを押下すると、図２（ａ）及び（ｂ）に示されるように、バルーン１３２に、その一部が生体組織と密着するように流動体が封入されていく。バルーン１３２の一部が生体組織の一部を押圧した状態で密着するため、枠体１２０は、生体組織に対して相対的に固定された状態となる。ここで、上述したようにＯＣＴプローブ１１０は、枠体１２０に対してスラスト方向に移動可能である。従って、例えば図２（ａ）に示されるようにＯＣＴプローブ１１０先端をプローブ用ルーメン１２２から突出させると、バルーン１３２を、結像光路と干渉しないよう位置させることができる。このようにバルーン１３２とＯＣＴプローブ１１０を相対的に移動可能に構成することにより、観察対象が圧迫されて歪んだり潰れたりすることを防ぐことができる。また、生体組織が脈動した場合であっても、ＯＣＴプローブ１１０が脈動程度の振動では枠体１２０に対してずれないため、その先端は生体組織と相対的に固定された状態となり、取得し得る断層像にぶれ等の乱れが発生することがない。

本実施形態では、ＯＣＴプローブ１１０先端と観察対象との間に例えば上記特許文献１に示されたバルーンを配置していないが、枠体１２０の中心軸Ｏを挟んで対向するようにバルーン１３２とプローブ用ルーメン１２２とを設置することによって、ＯＣＴプローブ１１０先端を管腔壁に近接させている。ＯＣＴプローブ１１０先端と観察対象との距離（換言すると、測定光が大きく減衰し得る光路）が短くなるため、測定光の減衰を抑えることができる。従って生体組織内部における反射光を高い強度で得ることができる。このため、プロセッサ３００は、Ｓ／Ｎ比の高い検出信号を取得することができ、生体組織の断層画像をモニタ４００に高画質で表示させることができる。

以上が本発明の実施形態である。本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。例えば本実施形態ではＯＣＴプローブ１１０先端をプローブ用ルーメン１２２から突出させて測定を行っているが、別の実施形態ではＯＣＴプローブ１１０先端をプローブ用ルーメン１２２に収めた状態で測定を行っても良い。

本発明の実施の形態のＯＣＴシステムの構成を示したブロック図である。 本発明の実施の形態のＯＣＴ観察器具の構成を示した概略図である。

符号の説明

１０ ＯＣＴシステム
１００ ＯＣＴ観察器具
１１０ ＯＣＴプローブ
１２０ 枠体
１２２ プローブ用ルーメン
１３２ バルーン
３００ プロセッサ
４００ モニタ

Claims (4)

1. 管腔内の観察対象の断層像を取得するためのＯＣＴ観察器具において、
   該断層からの反射光を取得するＯＣＴプローブと、
   低コヒーレント光が透過可能な材料で形成された枠体と、
   前記枠体の側壁に取り付けられ、内部に流動体が封入される流動体封入手段と、
   を備え、
   前記枠体は、該枠体を貫通する挿通路であって、前記ＯＣＴプローブをスラスト方向にスライド自在に保持する挿通路を有すること、を特徴とするＯＣＴ観察器具。
2. 前記枠体の中心軸を挟んで対向するように前記挿通路と前記流動体封入手段とを配置したこと、を特徴とする請求項１に記載のＯＣＴ観察器具。
3. 前記枠体に、前記流動体封入手段に流動体を導く流動体伝送路を形成したこと、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＯＣＴ観察器具。
4. 管腔内の観察対象の断層像を取得して画像化するＯＣＴシステムにおいて、
   請求項１から請求項３の何れかに記載のＯＣＴ観察器具と、
   前記流動体封入手段に流動体を供給する流動体供給手段と、
   前記ＯＣＴプローブが取得した反射光を処理して所定の信号に変換する信号処理手段と、
   該所定の信号に基づいて該断層画像を表示する表示手段と、を備えたこと、を特徴とするＯＣＴシステム。

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